(57)【要約】【課題】膨張機を流れる質量循環量を低下させることなく、幅広い運転範囲の中で高い動力回収効果を得て、信頼性を損なうことなく効率のよい運転が可能な冷凍サイクル装置および制御方法を提供することを目的としている。【解決手段】少なくとも、冷媒を圧縮する圧縮機構１１と、前記圧縮機構１１から吐出された冷媒を冷却する放熱器１２と、前記放熱器１２から流出した冷媒を減圧させて動力回収する膨張機構１３と、前記膨張機構１３の回収動力により駆動される補助圧縮機構１５と、前記膨張機構１３、前記補助圧縮機構１５に連通する気液分離器１６と、前記気液分離器１６から流出する液冷媒を減圧する第１減圧器１７と、前記第１減圧器１７で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器１８とを備え、前記気液分離器１６は、前記膨張機構１３で減圧された冷媒と前記補助圧縮機構１５で昇圧された冷媒とを、ガス冷媒と液冷媒とに分離する構成としたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、冷媒を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構から吐出された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器から流出した冷媒を減圧させて動力回収する膨張機構と、前記膨張機構の回収動力により駆動される補助圧縮機構と、前記膨張機構、前記補助圧縮機構に連通する気液分離器と、前記気液分離器から流出する液冷媒を減圧する第１減圧器と、前記第１減圧器で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備え、前記気液分離器は、前記膨張機構で減圧された冷媒と前記補助圧縮機構で昇圧された冷媒とを、ガス冷媒と液冷媒とに分離する構成とした冷凍サイクル装置。
【請求項２】
圧縮機構の出口と膨張機構の入口との間のいずれかの位置での圧力を検知する高圧側圧力検知手段と、放熱器の出口と前記膨張機構の入口との間のいずれかの位置での温度を検知する放熱器出口温度検知手段とを備え、前記高圧側圧力検知手段が検出した圧力が、前記放熱器出口温度検知手段の検出温度に応じて予め定められた目標高圧側圧力となるように、前記第１減圧器の開度を調整する第１減圧器演算操作手段を設けた請求項１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
圧縮機構の出口の温度を検知する吐出温度検知手段を備え、前記吐出温度検出手段の検出温度が予め定められた目標吐出温度となるように、第１減圧器の開度を調整する第２減圧器演算操作手段を設けた請求項１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
蒸発器の入口から出口の間のいずれかの位置での温度を検知する蒸発温度検知手段と、補助圧縮機構の入口の温度を検知する補助圧縮機吸入温度検知手段とを備え、前記補助圧縮機吸入温度検知手段の検出温度と前記蒸発温度検知手段の検出温度の差が、予め定められた目標過熱度となるように、前記第１減圧器の開度を調整する第３減圧器演算操作手段を設けた請求項１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
気液分離器のガス側出口と圧縮機構の入口との間の冷媒を、第１減圧器の入口と補助圧縮機構の入口との間のいずれかの位置にバイパスさせる第１バイパス回路を設けた請求項１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
気液分離器の液側出口と第１減圧器の入口との間の冷媒を、前記気液分離器のガス側出口と圧縮機構の入口との間のいずれかの位置にバイパスさせる第２バイパス回路を設けた請求項１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
膨張機構あるいは補助圧縮機構の出口と、気液分離器の入口との間の冷媒を、気液分離器の液側出口と前記補助圧縮機の入口との間のいずれかの位置にバイパスさせる第３バイパス回路を設けた請求項１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
膨張機構あるいは補助圧縮機構の出口と、気液分離器の入口との間の冷媒を、前記気液分離器のガス側出口と圧縮機構の入口との間のいずれかの位置にバイパスさせる第４バイパス回路を設けた請求項１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項９】
放熱器の出口と膨張機構の入口との間の冷媒を、気液分離器の液側出口と補助圧縮機の入口との間のいずれかの位置にバイパスさせる第５バイパス回路を設けた請求項１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１０】
放熱器の出口と膨張機構の入口との間の冷媒を、気液分離器のガス側出口と圧縮機構の入口との間のいずれかの位置にバイパスさせる第６バイパス回路を設けた請求項１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１１】
放熱器の出口と膨張機構の入口との間の冷媒を、前記膨張機構あるいは補助圧縮機構の出口と前記気液分離器の入口との間のいずれかの位置にバイパスさせる第７バイパス回路を設けた請求項１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１２】
気液分離器は、液側出口とガス側出口とから流出する冷媒量を調整する流量調整弁を有する請求項１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１３】
圧縮機構に吸入される冷媒を加熱する加熱手段を設けた請求項１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１４】
加熱手段は、気液分離器のガス側出口から圧縮機構の入口までの間の冷媒と放熱器の出口から膨張機構の入口までの間の冷媒とを熱交換する構成とした請求項１３記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１５】
加熱手段は、気液分離器のガス側出口から圧縮機構の入口までの間の冷媒を加熱する構成とした請求項１３記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１６】
少なくとも、圧縮機構と膨張機構と補助圧縮機構とが、１つの密閉容器内に収納され配設されてなる請求項１〜１２のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１７】
少なくとも、冷媒を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構から吐出された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器から流出した冷媒を減圧させて動力回収する膨張機構と、前記膨張機構の回収動力により駆動される補助圧縮機構と、前記膨張機構で減圧された冷媒と前記補助圧縮機構で昇圧された冷媒とを、ガス冷媒と液冷媒とに分離する気液分離器と、前記気液分離器から流出する液冷媒を減圧する第１減圧器と、前記第１減圧器で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備え、前記圧縮機構の出口と前記膨張機構の入口との間のいずれかの位置での圧力が、前記放熱器の出口と前記膨張機構の入口との間のいずれかの位置での温度に応じて予め定められた目標高圧側圧力となるように、前記第１減圧器の開度を調整することを特徴とする冷凍サイクル装置の制御方法。
【請求項１８】
少なくとも、冷媒を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構から吐出された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器から流出した冷媒を減圧させて動力回収する膨張機構と、前記膨張機構の回収動力により駆動される補助圧縮機構と、前記膨張機構で減圧された冷媒と前記補助圧縮機構で昇圧された冷媒とを、ガス冷媒と液冷媒とに分離する気液分離器と、前記気液分離器から流出する液冷媒を減圧する第１減圧器と、前記第１減圧器で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えた冷凍サイクル装置において、前記圧縮機構の吐出温度が、予め定められた目標吐出温度となるように、前記第１減圧器の開度を調整することを特徴とする冷凍サイクル装置の制御方法。
【請求項１９】
少なくとも、冷媒を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構から吐出された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器から流出した冷媒を減圧させて動力回収する膨張機構と、前記膨張機構の回収動力により駆動される補助圧縮機構と、前記膨張機構で減圧された冷媒と前記補助圧縮機構で昇圧された冷媒とを、ガス冷媒と液冷媒とに分離する気液分離器と、前記気液分離器から流出する液冷媒を減圧する第１減圧器と、前記第１減圧器で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えた冷凍サイクル装置において、前記補助圧縮機構の吸入過熱度が予め定められた目標過熱度となるように、前記第１減圧器の開度を調整することを特徴とする冷凍サイクル装置の制御方法。
【請求項２０】
少なくとも、冷媒を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構から吐出された冷媒を冷却する放
熱器と、前記放熱器から流出した冷媒を減圧させて動力回収する膨張機構と、前記膨張機構の回収動力により駆動される補助圧縮機構と、前記膨張機構で減圧された冷媒と前記補助圧縮機構で昇圧された冷媒とを、ガス冷媒と液冷媒とに分離する気液分離器と、前記気液分離器から流出する液冷媒を減圧する第１減圧器と、前記第１減圧器で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えた冷凍サイクル装置において、前記圧縮機構の出口と前記膨張機構の入口との間のいずれかの位置での圧力が、前記放熱器の出口と前記膨張機構の入口との間のいずれかの位置での温度に応じて予め定められた目標高圧側圧力となるように、前記膨張機構を流れる循環量と前記補助圧縮機構を流れる循環量との比を、調整することを特徴とする冷凍サイクル装置の制御方法。
【請求項２１】
少なくとも、冷媒を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構から吐出された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器から流出した冷媒を減圧させて動力回収する膨張機構と、前記膨張機構の回収動力により駆動される補助圧縮機構と、前記膨張機構で減圧された冷媒と前記補助圧縮機構で昇圧された冷媒とを、ガス冷媒と液冷媒とに分離する気液分離器と、前記気液分離器から流出する液冷媒を減圧する第１減圧器と、前記第１減圧器で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えた冷凍サイクル装置において、前記圧縮機構の吐出温度が予め定められた目標吐出温度となるように、前記膨張機構を流れる循環量と前記補助圧縮機構を流れる循環量との比を、調整することを特徴とする冷凍サイクル装置の制御方法。
【請求項２２】
少なくとも、冷媒を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構から吐出された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器から流出した冷媒を減圧させて動力回収する膨張機構と、前記膨張機構の回収動力により駆動される補助圧縮機構と、前記膨張機構で減圧された冷媒と前記補助圧縮機構で昇圧された冷媒とを、ガス冷媒と液冷媒とに分離する気液分離器と、前記気液分離器から流出する液冷媒を減圧する第１減圧器と、前記第１減圧器で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えた冷凍サイクル装置において、前記補助圧縮機構の吸入過熱度が予め定められた目標過熱度となるように、前記膨張機構を流れる循環量と前記補助圧縮機構を流れる循環量との比を、調整することを特徴とする冷凍サイクル装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膨張機を備えた冷凍サイクル装置および制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
オゾン破壊係数がゼロでありかつ地球温暖化係数もフロン類に比べれば格段に小さい、二酸化炭素（以下、ＣＯ2という）を冷媒として用いる冷凍サイクル装置が近年着目されているが、ＣＯ2冷媒は、臨界温度が３１.０６℃と低く、この温度よりも高い温度を利用する場合には、冷凍サイクル装置の高圧側（圧縮機出口〜放熱器〜減圧器入口）ではＣＯ2冷媒の凝縮が生じない超臨界状態となり、従来の冷媒に比べて、冷凍サイクル装置の運転効率（ＣＯＰ）が低下するといった特徴を有する。したがって、ＣＯ2冷媒を用いた冷凍サイクル装置にあっては、最適なＣＯＰを維持することが重要であり、冷媒温度の変化などに応じて、ＣＯＰが最良となる高圧側圧力に調整する必要がある。
【０００３】
一方、冷凍サイクル装置のＣＯＰを向上するために、減圧器の代わりに膨張機を設けて、膨張時の圧力エネルギーを動力として回収する冷凍サイクルが提案されている。従来の膨張機を備えた冷凍サイクル装置において、循環する冷媒の質量循環量は、冷凍サイクルのどのポイントにおいても等しく、圧縮機を流れる冷媒の吸入密度をＤＣ、膨張機を流れる冷媒の吸入密度をＤＥとすると、ＤＥ／ＤＣ（密度比）は常に一定で運転される。（以下、このことを、「密度比一定の制約」と呼ぶ）このため、冷凍サイクル装置に膨張機を設け、この膨張機で回収した動力を圧縮機の駆動力の一部に利用する場合には、運転条件が変化した際に、最適なＣＯＰを維持することは困難である。あるいは、膨張機は容積式であることが多く、圧縮比はほぼ固定されているので、最適なＣＯＰとなる高圧側圧力に調整することが困難である。
【０００４】
そこで、膨張機をバイパスするバイパス管を設けて、膨張機構に流入する冷媒量を制御することで、最適なＣＯＰを維持する構成が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−２３４８１４号公報
【特許文献２】特開２００１−１１６３７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、膨張機に流入する質量循環量が設計上の最適な質量循環量との差が大きくなるにしたがって、バイパスを通過させる質量循環量が大きくなり、その結果回収できるはずの動力が十分に回収できなくなるという問題を有している。
【０００６】
したがって本発明は、膨張機を流れる質量循環量を低下させることなく、幅広い運転範囲の中で高い動力回収効果を得て、信頼性を損なうことなく効率のよい運転が可能な冷凍サイクル装置および制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記従来の課題を解決するために本発明は、少なくとも、冷媒を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構から吐出された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器から流出した冷媒を減圧させて動力回収する膨張機構と、前記膨張機構の回収動力により駆動される補助圧縮機構と、前記膨張機構、前記補助圧縮機構に連通する気液分離器と、前記気液分離器から流出する液冷媒を減圧する第１減圧器と、前記第１減圧器で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備え、前記気液分離器は、前記膨張機構で減圧された冷媒と前記補助圧縮機構で
昇圧された冷媒とを、ガス冷媒と液冷媒とに分離する構成とした冷凍サイクル装置で、密度比一定の制約により最適なＣＯＰを維持することが困難である膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、気液分離器により冷媒を２つの流れに分け、膨張機構と補助圧縮機構とのそれぞれを流れる質量循環量の比を変化させることにより、密度比一定の制約を緩和でき、幅広い運転範囲の中で高い動力回収効果を得ることができるため、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能となる。
【０００８】
また、本発明は、少なくとも、冷媒を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構から吐出された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器から流出した冷媒を減圧させて動力回収する膨張機構と、前記膨張機構の回収動力により駆動される補助圧縮機構と、前記膨張機構で減圧された冷媒と前記補助圧縮機構で昇圧された冷媒とを、ガス冷媒と液冷媒とに分離する気液分離器と、前記気液分離器から流出する液冷媒を減圧する第１減圧器と、前記第１減圧器で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備え、前記圧縮機構の出口と前記膨張機構の入口との間のいずれかの位置での圧力が、前記放熱器の出口と前記膨張機構の入口との間のいずれかの位置での温度に応じて予め定められた目標高圧側圧力となるように、前記第１減圧器の開度を調整することを特徴とする冷凍サイクル装置の制御方法で、最適なＣＯＰとなる高圧側圧力に調整することが困難である膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、中間圧力を変化させることによって密度比一定の制約を緩和しつつ、高圧側圧力を調整することにより、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
。
【０００９】
また、本発明は、少なくとも、冷媒を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構から吐出された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器から流出した冷媒を減圧させて動力回収する膨張機構と、前記膨張機構の回収動力により駆動される補助圧縮機構と、前記膨張機構で減圧された冷媒と前記補助圧縮機構で昇圧された冷媒とを、ガス冷媒と液冷媒とに分離する気液分離器と、前記気液分離器から流出する液冷媒を減圧する第１減圧器と、前記第１減圧器で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えた冷凍サイクル装置において、前記圧縮機構の吐出温度が、予め定められた目標吐出温度となるように、前記第１減圧器の開度を調整することを特徴とする冷凍サイクル装置の制御方法で、最適な吐出温度に調整することが困難である膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、中間圧力を変化させることによって密度比一定の制約を緩和しつつ、吐出温度を調整することにより、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
。
【００１０】
また、本発明は、少なくとも、冷媒を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構から吐出された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器から流出した冷媒を減圧させて動力回収する膨張機構と、前記膨張機構の回収動力により駆動される補助圧縮機構と、前記膨張機構で減圧された冷媒と前記補助圧縮機構で昇圧された冷媒とを、ガス冷媒と液冷媒とに分離する気液分離器と、前記気液分離器から流出する液冷媒を減圧する第１減圧器と、前記第１減圧器で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えた冷凍サイクル装置において、前記補助圧縮機構の吸入過熱度が予め定められた目標過熱度となるように、前記第１減圧器の開度を調整することを特徴とする冷凍サイクル装置の制御方法で、膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、中間圧力を変化させることによって密度比一定の制約を緩和しつつ、補助圧縮機の過熱度を調整することにより、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【００１１】
また、本発明は、少なくとも、冷媒を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構から吐出された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器から流出した冷媒を減圧させて動力回収する膨張機構と、前記膨張機構の回収動力により駆動される補助圧縮機構と、前記膨張機構で減圧された冷媒と前記補助圧縮機構で昇圧された冷媒とを、ガス冷媒と液冷媒とに分離する気
液分離器と、前記気液分離器から流出する液冷媒を減圧する第１減圧器と、前記第１減圧器で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えた冷凍サイクル装置において、前記圧縮機構の出口と前記膨張機構の入口との間のいずれかの位置での圧力が、前記放熱器の出口と前記膨張機構の入口との間のいずれかの位置での温度に応じて予め定められた目標高圧側圧力となるように、前記膨張機構を流れる循環量と前記補助圧縮機構を流れる循環量との比を、調整することを特徴とする冷凍サイクル装置の制御方法で、最適なＣＯＰとなる高圧側圧力に調整することが困難である膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、中間圧力を変化させることによって密度比一定の制約を緩和しつつ、高圧側圧力を調整することにより、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
。
【００１２】
また、本発明は、少なくとも、冷媒を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構から吐出された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器から流出した冷媒を減圧させて動力回収する膨張機構と、前記膨張機構の回収動力により駆動される補助圧縮機構と、前記膨張機構で減圧された冷媒と前記補助圧縮機構で昇圧された冷媒とを、ガス冷媒と液冷媒とに分離する気液分離器と、前記気液分離器から流出する液冷媒を減圧する第１減圧器と、前記第１減圧器で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えた冷凍サイクル装置において、前記圧縮機構の吐出温度が予め定められた目標吐出温度となるように、前記膨張機構を流れる循環量と前記補助圧縮機構を流れる循環量との比を、調整することを特徴とする冷凍サイクル装置の制御方法で、最適な吐出温度に調整することが困難である膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、中間圧力を変化させることによって密度比一定の制約を緩和しつつ、吐出温度を調整することにより、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【００１３】
また、本発明は、少なくとも、冷媒を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構から吐出された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器から流出した冷媒を減圧させて動力回収する膨張機構と、前記膨張機構の回収動力により駆動される補助圧縮機構と、前記膨張機構で減圧された冷媒と前記補助圧縮機構で昇圧された冷媒とを、ガス冷媒と液冷媒とに分離する気液分離器と、前記気液分離器から流出する液冷媒を減圧する第１減圧器と、前記第１減圧器で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えた冷凍サイクル装置において、前記補助圧縮機構の吸入過熱度が予め定められた目標過熱度となるように、前記膨張機構を流れる循環量と前記補助圧縮機構を流れる循環量との比を、調整することを特徴とする冷凍サイクル装置の制御方法で、膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、中間圧力を変化させることによって密度比一定の制約を緩和しつつ、補助圧縮機の過熱度を調整することにより、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、膨張機を流れる質量循環量を低下させることなく、幅広い運転範囲の中で高い動力回収効果を得て、信頼性を損なうことなく効率のよい運転が可能な冷凍サイクル装置および制御方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
第１の発明は、少なくとも、冷媒を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構から吐出された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器から流出した冷媒を減圧させて動力回収する膨張機構と、前記膨張機構の回収動力により駆動される補助圧縮機構と、前記膨張機構、前記補助圧縮機構に連通する気液分離器と、前記気液分離器から流出する液冷媒を減圧する第１減圧器と、前記第１減圧器で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備え、前記気液分離器は、前記膨張機構で減圧された冷媒と前記補助圧縮機構で昇圧された冷媒とを、ガス冷媒と液冷媒とに分離する構成としたもので、密度比一定の制約により最適なＣＯＰを維持することが困難である膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、気液分離器により冷媒を２つの流れに分け、膨張機構と補助圧縮機構とのそれぞれを流れる質量循環量の比を
変化させることにより、密度比一定の制約を緩和でき、幅広い運転範囲の中で高い動力回収効果を得ることができるため、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【００１６】
第２の発明は、圧縮機構の出口と膨張機構の入口との間のいずれかの位置での圧力を検知する高圧側圧力検知手段と、放熱器の出口と前記膨張機構の入口との間のいずれかの位置での温度を検知する放熱器出口温度検知手段とを備え、前記高圧側圧力検知手段が検出した圧力が、前記放熱器出口温度検知手段の検出温度に応じて予め定められた目標高圧側圧力となるように、前記第１減圧器の開度を調整する第１減圧器演算操作手段を設けたもので、最適なＣＯＰとなる高圧側圧力に調整することが困難である膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、中間圧力を変化させることによって密度比一定の制約を緩和しつつ、高圧側圧力を調整することにより、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【００１７】
第３の発明は、圧縮機構の出口の温度を検知する吐出温度検知手段を備え、前記吐出温度検出手段の検出温度が予め定められた目標吐出温度となるように、第１減圧器の開度を調整する第２減圧器演算操作手段を設けたもので、最適な吐出温度に調整することが困難である膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、中間圧力を変化させることによって密度比一定の制約を緩和しつつ、吐出温度を調整することにより、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【００１８】
第４の発明は、蒸発器の入口から出口の間のいずれかの位置での温度を検知する蒸発温度検知手段と、補助圧縮機構の入口の温度を検知する補助圧縮機吸入温度検知手段とを備え、前記補助圧縮機吸入温度検知手段の検出温度と前記蒸発温度検知手段の検出温度の差が、予め定められた目標過熱度となるように、前記第１減圧器の開度を調整する第３減圧器演算操作手段を設けたもので、膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、中間圧力を変化させることによって密度比一定の制約を緩和しつつ、補助圧縮機の過熱度を調整することにより、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【００１９】
第５の発明は、気液分離器のガス側出口と圧縮機構の入口との間の冷媒を、第１減圧器の入口と補助圧縮機構の入口との間のいずれかの位置にバイパスさせる第１バイパス回路を設けたもので、膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、補助圧縮機構と膨張機構を流れる質量循環量比を変化させることによって密度比一定の制約を緩和し、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【００２０】
第６の発明は、気液分離器の液側出口と第１減圧器の入口との間の冷媒を、前記気液分離器のガス側出口と圧縮機構の入口との間のいずれかの位置にバイパスさせる第２バイパス回路を設けたもので、膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、補助圧縮機構と膨張機構を流れる質量循環量比を変化させることによって密度比一定の制約を緩和し、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【００２１】
第７の発明は、膨張機構あるいは補助圧縮機構の出口と、気液分離器の入口との間の冷媒を、気液分離器の液側出口と前記補助圧縮機の入口との間のいずれかの位置にバイパスさせる第３バイパス回路を設けたもので、膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、補助圧縮機構と膨張機構を流れる質量循環量比を変化させることによって密度比一定の制約を緩和し、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【００２２】
第８の発明は、膨張機構あるいは補助圧縮機構の出口と、気液分離器の入口との間の冷媒を、前記気液分離器のガス側出口と圧縮機構の入口との間のいずれかの位置にバイパスさせる第４バイパス回路を設けたもので、膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、補助圧縮機構と膨張機構を流れる質量循環量比を変化させることによって密度比一定の制
約を緩和し、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【００２３】
第９の発明は、放熱器の出口と膨張機構の入口との間の冷媒を、気液分離器の液側出口と補助圧縮機の入口との間のいずれかの位置にバイパスさせる第５バイパス回路を設けたもので、膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、補助圧縮機構と膨張機構を流れる質量循環量比を変化させることによって密度比一定の制約を緩和し、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【００２４】
第１０の発明は、放熱器の出口と膨張機構の入口との間の冷媒を、気液分離器のガス側出口と圧縮機構の入口との間のいずれかの位置にバイパスさせる第６バイパス回路を設けたもので、膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、補助圧縮機構と膨張機構を流れる質量循環量比を変化させることによって密度比一定の制約を緩和し、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【００２５】
第１１の発明は、放熱器の出口と膨張機構の入口との間の冷媒を、前記膨張機構あるいは補助圧縮機構の出口と前記気液分離器の入口との間のいずれかの位置にバイパスさせる第７バイパス回路を設けたもので、膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、補助圧縮機構と膨張機構を流れる質量循環量比を変化させることによって密度比一定の制約を緩和し、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【００２６】
第１２の発明は、気液分離器は、液側出口とガス側出口とから流出する冷媒量を調整する流量調整弁を有するもので、膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、補助圧縮機構と膨張機構を流れる質量循環量比を変化させることによって密度比一定の制約を緩和し、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【００２７】
第１３の発明は、圧縮機構に吸入される冷媒を加熱する加熱手段を設けたもので、膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、気液分離器により冷媒を２つの流れに分け、膨張機構と補助圧縮機構とのそれぞれを流れる質量循環量の比を変化させることにより、密度比一定の制約を緩和でき、幅広い運転範囲の中で高い動力回収効果を得ることができ、かつ、信頼性を損なうことなく冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【００２８】
第１４の発明は、加熱手段は、気液分離器のガス側出口から圧縮機構の入口までの間の冷媒と放熱器の出口から膨張機構の入口までの間の冷媒とを熱交換する構成としたもので、膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、気液分離器により冷媒を２つの流れに分け、膨張機構と補助圧縮機構とのそれぞれを流れる質量循環量の比を変化させることにより、密度比一定の制約を緩和でき、幅広い運転範囲の中で高い動力回収効果を得ることができ、かつ、信頼性を損なうことなく冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【００２９】
第１５の発明は、加熱手段は、気液分離器のガス側出口から圧縮機構の入口までの間の冷媒を加熱する構成としたもので、膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、気液分離器により冷媒を２つの流れに分け、膨張機構と補助圧縮機構とのそれぞれを流れる質量循環量の比を変化させることにより、密度比一定の制約を緩和でき、幅広い運転範囲の中で高い動力回収効果を得ることができ、かつ、信頼性を損なうことなく冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【００３０】
第１６の発明は、少なくとも、圧縮機構と膨張機構と補助圧縮機構とが、１つの密閉容器内に収納され配設されてなるもので、膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、気液分離器により冷媒を２つの流れに分け、膨張機構と補助圧縮機構とのそれぞれを流れる質量循環量の比を変化させることにより、密度比一定の制約を緩和でき、幅広い運転範囲の中で高い動力回収効果を得ることができ、かつ、信頼性を損なうことなく冷凍サイクル
装置の効率のよい運転が可能である。
【００３１】
第１７の発明は、少なくとも、冷媒を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構から吐出された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器から流出した冷媒を減圧させて動力回収する膨張機構と、前記膨張機構の回収動力により駆動される補助圧縮機構と、前記膨張機構で減圧された冷媒と前記補助圧縮機構で昇圧された冷媒とを、ガス冷媒と液冷媒とに分離する気液分離器と、前記気液分離器から流出する液冷媒を減圧する第１減圧器と、前記第１減圧器で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備え、前記圧縮機構の出口と前記膨張機構の入口との間のいずれかの位置での圧力が、前記放熱器の出口と前記膨張機構の入口との間のいずれかの位置での温度に応じて予め定められた目標高圧側圧力となるように、前記第１減圧器の開度を調整することを特徴とするもので、最適なＣＯＰとなる高圧側圧力に調整することが困難である膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、中間圧力を変化させることによって密度比一定の制約を緩和しつつ、高圧側圧力を調整することにより、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【００３２】
第１８の発明は、少なくとも、冷媒を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構から吐出された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器から流出した冷媒を減圧させて動力回収する膨張機構と、前記膨張機構の回収動力により駆動される補助圧縮機構と、前記膨張機構で減圧された冷媒と前記補助圧縮機構で昇圧された冷媒とを、ガス冷媒と液冷媒とに分離する気液分離器と、前記気液分離器から流出する液冷媒を減圧する第１減圧器と、前記第１減圧器で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えた冷凍サイクル装置において、前記圧縮機構の吐出温度が、予め定められた目標吐出温度となるように、前記第１減圧器の開度を調整することを特徴とするもので、最適な吐出温度に調整することが困難である膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、中間圧力を変化させることによって密度比一定の制約を緩和しつつ、吐出温度を調整することにより、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【００３３】
第１９の発明は、少なくとも、冷媒を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構から吐出された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器から流出した冷媒を減圧させて動力回収する膨張機構と、前記膨張機構の回収動力により駆動される補助圧縮機構と、前記膨張機構で減圧された冷媒と前記補助圧縮機構で昇圧された冷媒とを、ガス冷媒と液冷媒とに分離する気液分離器と、前記気液分離器から流出する液冷媒を減圧する第１減圧器と、前記第１減圧器で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えた冷凍サイクル装置において、前記補助圧縮機構の吸入過熱度が予め定められた目標過熱度となるように、前記第１減圧器の開度を調整することを特徴とするもので、膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、中間圧力を変化させることによって密度比一定の制約を緩和しつつ、補助圧縮機の過熱度を調整することにより、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【００３４】
第２０の発明は、少なくとも、冷媒を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構から吐出された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器から流出した冷媒を減圧させて動力回収する膨張機構と、前記膨張機構の回収動力により駆動される補助圧縮機構と、前記膨張機構で減圧された冷媒と前記補助圧縮機構で昇圧された冷媒とを、ガス冷媒と液冷媒とに分離する気液分離器と、前記気液分離器から流出する液冷媒を減圧する第１減圧器と、前記第１減圧器で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えた冷凍サイクル装置において、前記圧縮機構の出口と前記膨張機構の入口との間のいずれかの位置での圧力が、前記放熱器の出口と前記膨張機構の入口との間のいずれかの位置での温度に応じて予め定められた目標高圧側圧力となるように、前記膨張機構を流れる循環量と前記補助圧縮機構を流れる循環量との比を、調整することを特徴とするもので、最適なＣＯＰとなる高圧側圧力に調整することが困難である膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、中間圧力を変化させることによって密度比一定の制約を緩和しつつ、高圧側圧力を調整することにより、冷凍サイク
ル装置の効率のよい運転が可能である。
【００３５】
第２１の発明は、少なくとも、冷媒を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構から吐出された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器から流出した冷媒を減圧させて動力回収する膨張機構と、前記膨張機構の回収動力により駆動される補助圧縮機構と、前記膨張機構で減圧された冷媒と前記補助圧縮機構で昇圧された冷媒とを、ガス冷媒と液冷媒とに分離する気液分離器と、前記気液分離器から流出する液冷媒を減圧する第１減圧器と、前記第１減圧器で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えた冷凍サイクル装置において、前記圧縮機構の吐出温度が予め定められた目標吐出温度となるように、前記膨張機構を流れる循環量と前記補助圧縮機構を流れる循環量との比を、調整することを特徴とするもので、最適な吐出温度に調整することが困難である膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、中間圧力を変化させることによって密度比一定の制約を緩和しつつ、吐出温度を調整することにより、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【００３６】
第２２の発明は、少なくとも、冷媒を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構から吐出された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器から流出した冷媒を減圧させて動力回収する膨張機構と、前記膨張機構の回収動力により駆動される補助圧縮機構と、前記膨張機構で減圧された冷媒と前記補助圧縮機構で昇圧された冷媒とを、ガス冷媒と液冷媒とに分離する気液分離器と、前記気液分離器から流出する液冷媒を減圧する第１減圧器と、前記第１減圧器で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えた冷凍サイクル装置において、前記補助圧縮機構の吸入過熱度が予め定められた目標過熱度となるように、前記膨張機構を流れる循環量と前記補助圧縮機構を流れる循環量との比を、調整することを特徴とするもので、膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、中間圧力を変化させることによって密度比一定の制約を緩和しつつ、補助圧縮機の過熱度を調整することにより、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【００３７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３８】
（実施の形態１）
以下、本発明の第１の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３９】
図１は、本発明の第１の実施の形態における冷凍サイクル装置を示す構成図である。なお、本実施の形態の冷凍サイクル装置に関しては、空気調和機を例にとり説明する。即ち、本実施の形態の空気調和機に本発明が限定されるものではなく、給湯装置などであってもよい。
【００４０】
図１の冷凍サイクル装置は、モータ等の駆動源（図示せず）により駆動される圧縮機構１１、圧縮機構１１から吐出された冷媒を冷却する放熱器１２、放熱器１２から流出した冷媒を減圧するとともに、圧力エネルギーを動力に変換する膨張機構１３（膨張機構）、膨張機構１３と軸１４により連結され、膨張機構１３の回収動力により駆動される補助圧縮機構１５、膨張機構１３で減圧された冷媒と補助圧縮機構１５で昇圧された冷媒とを混合した後、ガス冷媒と液冷媒とに分離する気液分離器１６、気液分離器１６から蒸発器１８に流れる液冷媒を減圧する第１減圧器１７、第１減圧器１７で減圧された冷媒を蒸発させて吸熱する蒸発器１８などから構成されている。冷媒として二酸化炭素（ＣＯ2）が封入されている。
【００４１】
また、冷凍サイクル装置の高圧側（圧縮機構１１出口〜放熱器１２〜膨張機構１３入口）の圧力を検知する高圧側圧力検知手段２１、放熱器１２出口と膨張機構１３入口との間の温度を検知する放熱器出口温度検知手段２２、高圧側圧力検知手段２１、放熱器出口温
度検知手段２２とが検知した値を演算して第１減圧器１７の開度を演算、操作する第１減圧器操作器２３とを備えている。
【００４２】
なお、図１中に実線矢印は冷媒の流れを示しており、以下、説明を容易にするため、補助圧縮機構１５を流れる冷媒の質量循環量をＧ１と呼び、膨張機構１３を流れる冷媒の質量循環量をＧ２と呼ぶ。
【００４３】
次に、上述のように構成された冷凍サイクル装置の通常運転時の動作について説明する。
【００４４】
圧縮機構１１は冷媒を、臨界圧力を越える圧力（高圧側圧力）まで圧縮する。その圧縮された冷媒は、高温高圧状態となり、放熱器１２を流れる際に、空気や水に放熱して冷却される。（この際、加熱された空気や水を利用して、暖房や給湯が行える。）その後、冷媒は膨張機構１３で中間圧力まで減圧され、気液二相状態となる。膨張機構１３では冷媒の圧力エネルギーを動力に変換し、その動力は軸１４に伝達される。膨張機構１３により中間圧力まで減圧された冷媒と補助圧縮機構１５で中間圧力まで昇圧された冷媒とが混合された後、それらの冷媒は気液分離器１６に流入口１６１より流入して、気液分離器１６内でガス冷媒と液冷媒とに分離される。
【００４５】
気液分離器１６で分離された液冷媒は、液側出口１６２より流出し第１減圧器１７により低温低圧（低圧側圧力）まで減圧され、再び気液二相状態となり蒸発器１８に供給される。蒸発器１８では、冷媒は空気などにより加熱される。（この際、冷却された空気を利用して冷房が行える。）その後、冷媒は気液二相またはガス状態となり、軸１４により駆動される補助圧縮機構１５に吸入される。一方、気液分離器１６で分離されたガス冷媒は、ガス側出口１６３より流出し、再び、圧縮機構１１に吸入される。
【００４６】
このような構成の冷凍サイクル装置では、補助圧縮機構１５と膨張機構１３とを流れる質量循環量は同一ではなく、それぞれ、Ｇ１、Ｇ２となる。ここで、補助圧縮機構１５を流れる冷媒の体積循環量をＶＣ、吸入密度をＤＣ、膨張機構１３を流れる冷媒の体積循環量をＶＥ、吸入密度をＤＥとすると、Ｇ１＝ＶＣ×ＤＣ、Ｇ２＝ＶＥ×ＤＥとなる。これらの式を変形すると、Ｇ１／Ｇ２＝（ＶＣ／ＶＥ）×（ＤＣ／ＤＥ）＝一定となる。（ＶＣ／ＶＥ）の値は、膨張機構１３や補助圧縮機構１５のシリンダ容積から定まる定数であるので、Ｇ１／Ｇ２＝ＤＣ／ＤＥ＝一定と変形できる。したがって、質量流量比（Ｇ１／Ｇ２）を変化できれば、密度比一定の制約に拘束されることなく運転できる。
【００４７】
一方、本実施の形態の冷凍サイクル装置において、気液分離器１６で液とガスが完全に分離できるとすると、気液分離器１６に流入する冷媒の乾き度と、気液分離器１６前後の冷媒のエンタルピ・バランスにより、質量流量比（Ｇ１／Ｇ２）は決まるために、質量流量比を任意には調整できない。しかし、実際の気液分離器１６では液とガスとを完全に分離することはできず、乾き度や液とガスの密度比などの影響を受け、ガス側出口１６３から流出するガス冷媒に液滴が混入したり、液側出口１６２から流出する液冷媒にガスが混入したりする。このため、実際には質量流量比（Ｇ１／Ｇ２）を変化させることができ、密度比一定の制約を緩和することができる。
【００４８】
以上説明したように、本実施の形態の冷凍サイクル装置では、密度比一定の制約により最適なＣＯＰを維持することが困難である膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、気液分離器１６により冷媒を２つの流れに分け、膨張機構１３と補助圧縮機構１５とのそれぞれを流れる質量循環量の比を変化させることにより、密度比一定の制約を緩和でき、幅広い運転範囲の中で高い動力回収効果を得ることができるため、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【００４９】
次に、質量流量比（Ｇ１／Ｇ２）を変化させる具体的な方法として、第１減圧器１７の制御について、図２に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００５０】
冷凍サイクル装置の運転時には、放熱器出口温度検知手段２２からの検出値（放熱器出口温度）（１００）が取り込まれ、その取り込んだ放熱器出口温度に対応する最適な高圧側圧力が、予めＲＯＭ等に記憶されている温度と圧力との関係から選定され、その選定された圧力（以下、目標高圧側圧力と呼ぶ。）はＲＡＭ等のメモリで記憶される（１１０）。高圧側圧力検知手段２１からの検出値（高圧側圧力）が取り込まれ（１２０）、目標高圧側圧力と（１２０）で取り込んだ高圧側圧力とが比較される（１３０）。そして、目標高圧側圧力が高圧側圧力を上回った場合には、第１減圧器１７の開度を小さくし（１４０）、目標高圧側圧力が高圧側圧力以下の場合には、第１減圧器１７の開度を大きくする（１５０）。そして、ステップ１００に戻り、以後ステップ１００から１５０まで繰り返す。
【００５１】
このような制御の効果について、蒸発器１８に供給される空気温度が低下した場合（例えば、冷房時の室内負荷の低下や、暖房時の外気温の低下を想定）を例にとり、図３の圧力・エンタルピ線図を用いて説明する。蒸発器１８に供給される空気温度が低下すると、蒸発器１８の冷媒温度（蒸発温度）が低下するため、補助圧縮機構１５入口の冷媒密度は小さくなり、密度比（ＤＣ／ＤＥ）は大きくなる。
【００５２】
そこで、密度比一定の制約から、密度比が変化しないなら、高圧側圧力を低下させることで、膨張機構１３入口の冷媒密度を小さくしたサイクルでバランスしようとする。（図３の実線のサイクルから一点鎖線のサイクルへの変化）ところが、最適なＣＯＰを達成するサイクルの高圧側圧力は、蒸発圧力が低下する前の高圧側圧力と同程度かさらに高い圧力である。（図３の二点鎖線のサイクル）すなわち、高圧側圧力が最適な高圧側圧力より低下した状態でサイクルはバランスしようとする。
【００５３】
しかし、本実施の形態では目標高圧側圧力より実際の高圧側圧力が低い場合には、第１減圧器１７が閉方向に操作されるので、低圧側圧力と中間圧力の比である低段側圧縮比が増加し、中間圧力は上昇する。中間圧力が変化すると、下記表１のように
【００５４】
【表１】
2005300031.tif 000003
【００５５】
気液分離器１６での冷媒の液とガスの密度比が小さくなり、気液分離器１６で完全な液と
ガスとの分離が難しくなる。すなわち、ガス側出口１６３から流出するガス冷媒に液滴が混入すること、あるいは、第一減圧器１７が閉方向に操作されることにより、液側出口１６２から液冷媒が流出しにくくなることにより、質量循環量Ｇ２が増加する。質量循環量Ｇ２が増加すると質量循環量比（Ｇ１／Ｇ２）は小さくなり、Ｇ１／Ｇ２＝ＤＣ／ＤＥ＝一定から密度比（ＤＣ／ＤＥ）も小さくなる。つまり、密度比一定の制約からバランスする高圧側圧力と目標高圧側圧力とのずれが小さくなる。すなわち、密度比一定の制約が緩和される。
【００５６】
さらに、第１減圧器１７が閉方向に操作されて、中間圧力が上昇するので、膨張機構１３により圧縮比がほぼ固定されていても、中間圧力が上昇することにより高圧側圧力も上昇し、最終的には、目標の高圧側圧力に調整できる。
【００５７】
逆に、目標高圧側圧力より実際の高圧側圧力が高い場合には、第１減圧器１７が開方向に操作される結果、以上の説明と逆の現象が生じ、同様な効果が得られる。
【００５８】
以上説明したように、本実施の形態の冷凍サイクル装置では、最適なＣＯＰとなる高圧側圧力に調整することが困難である膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、中間圧力を変化させることによって密度比一定の制約を緩和しつつ、高圧側圧力を調整することにより、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【００５９】
なお、本実施の形態の冷媒は二酸化炭素であるとして説明したが、運転中の高圧側が冷媒の臨界圧力を越える冷媒、例えば、エタン等でも同様の効果が得られる。
【００６０】
（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態における冷凍サイクル装置について説明する。
【００６１】
図４は本発明の第２の実施の形態における冷凍サイクル装置を示す構成図である。なお、図４の構成図において、図１の第１の実施の形態と同様の構成要素は同じ番号を付し、その説明を省略する。また、図５は、本発明の第２の実施の形態における冷凍サイクル装置の制御方法を示すフローチャートである。
【００６２】
本実施の形態の冷凍サイクル装置は、圧縮機構１１出口の温度（吐出温度）を検知する吐出温度検知手段２４、吐出温度検知手段２４が検知した値に基づき第１減圧器１７の開度を演算、操作する第２減圧器操作器２５とを備えている。
【００６３】
第１減圧器１７の制御について、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。冷凍サイクル装置の運転時には、吐出温度検知手段２４からの検出値（吐出温度）（２００）が取り込まれる。予めＲＯＭ等に記憶されている目標吐出温度と（２００）で取り込んだ吐出温度とを比較し（２１０）、目標吐出温度が吐出温度を上回った場合には、第１減圧器１７の開度を小さくし（２２０）、目標吐出温度が吐出温度以下の場合には、第１減圧器１７の開度を大きくする（２３０）。そして、ステップ２００に戻り、以後ステップ２００から２３０まで繰り返す。
【００６４】
このような制御の効果について、蒸発器１８に供給される空気温度が低下した場合（例えば、冷房時の室内負荷の低下や、暖房時の外気温の低下を想定）を例にとり説明する。蒸発器１８に供給される空気温度が低下すると、蒸発器１８の冷媒温度（蒸発温度）が低下するため、補助圧縮機構１５入口の冷媒密度は小さくなり、密度比（ＤＣ／ＤＥ）は大きくなる。そこで、密度比一定の制約から、密度比が変化しないなら、高圧側圧力を低下させることで、膨張機構１３入口の冷媒密度を小さくしたサイクルでバランスしようとし、吐出温度が低下する。
【００６５】
ところが、最適なＣＯＰを達成するサイクルの高圧側圧力は、蒸発圧力が低下する前の高圧側圧力と同程度かさらに高い圧力であり、吐出温度もそれに応じて高い温度となるべきである。すなわち、吐出温度が最適な吐出温度より低下した状態でサイクルはバランスしようとする。しかし、本実施の形態では目標吐出温度より実際の吐出温度が低い場合には、第１減圧器１７が閉方向に操作されるので、低圧側圧力と中間圧力の比である低段側圧縮比が増加し、中間圧力は上昇する。中間圧力が変化すると、ガス側出口１６３から流出するガス冷媒に液滴が混入すること、あるいは、第一減圧器１７が閉方向に操作されることにより、液側出口１６２から液冷媒が流出しにくくなることにより、質量循環量Ｇ２が増加する。質量循環量Ｇ２が増加すると質量循環量比（Ｇ１／Ｇ２）は小さくなり、Ｇ１／Ｇ２＝ＤＣ／ＤＥ＝一定から密度比（ＤＣ／ＤＥ）も小さくなるため、密度比一定の制約が緩和される。
【００６６】
さらに、第１減圧器１７が閉方向に操作されて、中間圧力が上昇するので、膨張機構１３により圧縮比がほぼ固定されていても、中間圧力が上昇することにより高圧側圧力も上昇し、それに応じて、吐出温度も上昇するので、最終的には、目標の吐出温度に調整できる。
【００６７】
逆に、目標吐出温度より実際の吐出温度が高い場合には、第１減圧器１７が開方向に操作される結果、以上の説明と逆の現象が生じ、同様な効果が得られる。
【００６８】
以上説明したように、本実施の形態の冷凍サイクル装置では、最適な吐出温度に調整することが困難である膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、中間圧力を変化させることによって密度比一定の制約を緩和しつつ、吐出温度を調整することにより、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【００６９】
なお、本実施の形態の冷媒は二酸化炭素であるとして説明したが、他の冷媒、例えば、Ｒ４１０Ａ等でも同様の効果が得られる。
【００７０】
（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態における冷凍サイクル装置について説明する。
【００７１】
図６は本発明の第２の実施の形態における冷凍サイクル装置を示す構成図である。なお、図６の構成図において、図１の第１の実施の形態と同様の構成要素は同じ番号を付し、その説明を省略する。また、図７は、本発明の第３の実施の形態における冷凍サイクル装置の制御方法を示すフローチャートである。
【００７２】
本実施の形態の冷凍サイクル装置は、蒸発器１８の入口から出口の間の温度（蒸発温度）を検知する蒸発温度検知手段２６、補助圧縮機構１５の入口温度（補助圧縮機吸入温度）を検知する補助圧縮機吸入温度検知手段２７、蒸発温度検知手段２６、補助圧縮機吸入温度検知手段２７が検知した値から過熱度（補助圧縮機吸入温度−蒸発温度）を演算し、その値に基づき第１減圧器１７の開度を演算、操作する第３減圧器操作器２８とを備えている。
【００７３】
第１減圧器１７の制御について、図７に示すフローチャートに基づいて説明する。蒸発温度検知手段２６からの検出値（蒸発温度）（３００）が取り込まれ、また、補助圧縮機吸入温度検知手段２７からの検出値（補助圧縮機吸入温度）（３１０）が取り込まれる。それら取り込んだ検出値から補助圧縮機吸入温度と蒸発温度の差である過熱度を演算（３２０）し、予めＲＯＭ等に記憶されている目標過熱度と（３２０）で演算した過熱度とを比較する。（３３０）、そして、目標過熱度が過熱度を上回った場合には、第１減圧器１
７の開度を小さくし（３４０）、目標過熱度が過熱度以下の場合には、第１減圧器１７の開度を大きくする（３５０）。そして、ステップ３００に戻り、以後ステップ３００から３５０まで繰り返す。
【００７４】
このような制御の効果について、蒸発器１８に供給される空気温度が低下した場合（例えば、冷房時の室内負荷の低下や、暖房時の外気温の低下を想定）を例にとり説明する。蒸発器１８に供給される空気温度が低下すると、蒸発器１８の冷媒温度（蒸発温度）が低下するため、補助圧縮機構１５入口の冷媒密度は小さくなり、密度比（ＤＣ／ＤＥ）は大きくなる。そこで、密度比一定の制約から、密度比が変化しないなら、高圧側圧力が最適な高圧側圧力より低下した状態でサイクルはバランスしようとする。
【００７５】
これにより、高圧側回路（圧縮機構１１出口〜放熱器１２〜膨張機構１３入口）にホールドされていた冷媒量が減少するため、低圧側回路（第１減圧器１７出口〜蒸発器１８〜補助圧縮機構１５入口）にホールドされるべき冷媒量が増加し、補助圧縮機構１５の（吸入）過熱度が減少する。しかし、本実施の形態では目標過熱度より実際の過熱度が低い場合には、第１減圧器１７が閉方向に操作されるので、低圧側圧力と中間圧力の比である低段側圧縮比が増加し、中間圧力は上昇する。
【００７６】
中間圧力が変化すると、ガス側出口１６３から流出するガス冷媒に液滴が混入すること、あるいは、第一減圧器１７が閉方向に操作されることにより液側出口１６２から液冷媒が流出しにくくなることにより、質量循環量Ｇ２が増加する。質量循環量Ｇ２が増加すると質量循環量比（Ｇ１／Ｇ２）は小さくなり、Ｇ１／Ｇ２＝ＤＣ／ＤＥ＝一定から密度比（ＤＣ／ＤＥ）も小さくなるため、密度比一定の制約が緩和される
さらに、第１減圧器１７が閉方向に操作されて、中間圧力が上昇するので、膨張機構１３により圧縮比がほぼ固定されていても、中間圧力が上昇することにより高圧側圧力も上昇し、高圧側回路にホールドされる冷媒量が増加するため、低圧側回路にホールドされる冷媒量が減少し、補助圧縮機構１５の（吸入）過熱度が増加するため、最終的には、目標の過熱度に調整できる。
【００７７】
逆に、目標過熱度より実際の過熱度が高い場合には、第１減圧器１７が開方向に操作される結果、以上の説明と逆の現象が生じ、同様な効果が得られる。
【００７８】
以上説明したように、本実施の形態の冷凍サイクル装置では、膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、中間圧力を変化させることによって密度比一定の制約を緩和しつつ、補助圧縮機の過熱度を調整することにより、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【００７９】
なお、本実施の形態の冷媒は二酸化炭素であるとして説明したが、他の冷媒、例えば、Ｒ４１０Ａ等でも同様の効果が得られる。
【００８０】
（実施の形態４）
本発明の第４の実施の形態における冷凍サイクル装置について説明する。
【００８１】
図８は本発明の第４の実施の形態における冷凍サイクル装置を示す構成図である。なお、図８の構成図において、図１の第１の実施の形態と同様の構成要素は同じ番号を付し、その説明を省略する。
【００８２】
本実施の形態の冷凍サイクル装置は、気液分離器１６のガス側出口１６３と圧縮機構１１入口との間の冷媒を、補助圧縮機構１５入口へとバイパスする第１バイパス回路３１、第１バイパス回路３１に冷媒を流すか否かを制御する第１電磁弁３２とを備えている。
【００８３】
冷凍サイクル装置の通常運転時の動作、第１減圧器１７の制御方法については、第１から第３の実施の形態と同様であるので、説明を省略し、追加された構成要素である第１電磁弁３２の動作について説明する。
【００８４】
高圧側圧力や吐出温度、補助圧縮機構１５の（吸入）過熱度が高く、第１減圧器１７の制御で目標とする高圧側圧力や吐出温度、過熱度に調整しきれない場合、第１電磁弁３２を開となるように制御し、気液分離器１６で分離されたガスを低圧側回路にバイパスさせる。これにより、質量循環量Ｇ１が増加し、質量循環量Ｇ２が減少するため、質量循環量比（Ｇ１／Ｇ２）は大きくなり、Ｇ１／Ｇ２＝ＤＣ／ＤＥ＝一定から密度比（ＤＣ／ＤＥ）も大きくなる。つまり、密度比一定の制約からバランスする高圧側圧力や、それに応じた吐出温度を低下させることができる。（高圧側圧力を低下させることで、膨張機構１３入口の冷媒密度を小さくしようとする。）
したがって、本実施の形態の冷凍サイクル装置では、膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、補助圧縮機構１５と膨張機構１３を流れる質量循環量比を変化させることによって密度比一定の制約を緩和し、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【００８５】
なお、本実施の形態の説明では、第１減圧器１７で調整しきれない場合に、第１電磁弁３２を操作すると説明したが、サイクルの状態が大きく変わる要因、例えば、冷暖房の切り替え、負荷、外気温の変化等に応じて、第１電磁弁３２を操作してもよい。
【００８６】
また、第１バイパス回路３１は、蒸発器の効率的な使用という観点から補助圧縮機構１５入口へバイバスさせるものとして説明したが、第１減圧器１７入口から補助圧縮機構１５入口までの間のいずれかへバイパスさせても同様の効果が得られる。また、第１電磁弁３２は、流量調整できる膨張弁であってもよく、第１減圧器１７は固定絞り手段であるキャピラリーチューブなどでもよい。また、冷媒は二酸化炭素以外の冷媒、例えば、Ｒ４１０Ａ等でも同様の効果が得られる。
【００８７】
（実施の形態５）
本発明の第５の実施の形態における冷凍サイクル装置について説明する。
【００８８】
図９は本発明の第５の実施の形態における冷凍サイクル装置を示す構成図である。なお、図９の構成図において、図１の第１の実施の形態と同様の構成要素は同じ番号を付し、その説明を省略する。
【００８９】
本実施の形態の冷凍サイクル装置は、気液分離器１６の液側出口１６２と第１減圧器１７入口との間の冷媒を、気液分離器１６のガス側出口１６３と圧縮機構１１入口との間へとバイパスする第２バイパス回路３３、第２バイパス回路３３に冷媒を流すか否かを制御する第２電磁弁３４と、気液分離器１６のガス側出口１６３側から液側出口１６２側へと冷媒が第２バイパス回路３３内を逆流するのを防止する逆止弁３５を備えている。
【００９０】
冷凍サイクル装置の通常運転時の動作、第１減圧器１７の制御方法については、第１から第３の実施の形態と同様であるので、説明を省略し、追加された構成要素である第２電磁弁３３の動作について説明する。
【００９１】
高圧側圧力や吐出温度、補助圧縮機構１５の（吸入）過熱度が低く、第１減圧器１７の制御で目標とする高圧側圧力や吐出温度、過熱度に調整しきれない場合、第２電磁弁３３を開となるように制御し、気液分離器１６で分離された液を高圧側回路にバイパスさせる。これにより、質量循環量Ｇ２が増加し、質量循環量Ｇ１が減少するため、質量循環量比（Ｇ１／Ｇ２）は小さくなり、Ｇ１／Ｇ２＝ＤＣ／ＤＥ＝一定から密度比（ＤＣ／ＤＥ）
も小さくなる。つまり、密度比一定の制約からバランスする高圧側圧力や、それに応じた吐出温度を上昇させることができる。（高圧側圧力を上昇させることで、膨張機構１３入口の冷媒密度を大きくしようとする。）
したがって、本実施の形態の冷凍サイクル装置では、膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、補助圧縮機構１５と膨張機構１３を流れる質量循環量比を変化させることによって密度比一定の制約を緩和し、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【００９２】
なお、本実施の形態の説明では、第１減圧器１７で調整しきれない場合に、第２電磁弁３４を操作すると説明したが、サイクルの状態が大きく変わる要因、例えば、冷暖房の切り替え、負荷、外気温の変化等に応じて、第２電磁弁３４を操作してもよい。また、第２電磁弁３４は、流量調整できる膨張弁であってもよく、第１減圧器１７は固定絞り手段であるキャピラリーチューブなどでもよい。また、冷媒は二酸化炭素以外の冷媒、例えば、Ｒ４１０Ａ等でも同様の効果が得られる。
【００９３】
（実施の形態６）
本発明の第６の実施の形態における冷凍サイクル装置について説明する。
【００９４】
図１０は本発明の第６の実施の形態における冷凍サイクル装置を示す構成図である。なお、図１０の構成図において、図１の第１の実施の形態と同様の構成要素は同じ番号を付し、その説明を省略する。
【００９５】
本実施の形態の冷凍サイクル装置は、膨張機構１３または補助圧縮機構１５の出口と気液分離器１６の流入口１６１との間の冷媒を、蒸発器１８入口へとバイパスする第３バイパス回路４１、第３バイパス回路４１に流れる質量循環量を調整する第２減圧器４２とを備えている。また、図１の第１の実施の形態での第１減圧器１７はキャピラリーチューブ４０に変更されている。
【００９６】
冷凍サイクル装置の通常運転時の動作は第１から第３の実施の形態と同様であり、また、第２減圧器４２の制御方法については、第１から第３の実施の形態の第１減圧器１７の制御方法と同様であるので、説明を簡略化するが、例えば、高圧側圧力が最適な高圧側圧力より高い状態となった場合、本実施の形態では第２減圧器４２を開方向に制御し、気液分離器１６に流入する冷媒を低圧側回路にバイパスさせる。
【００９７】
これにより、質量循環量Ｇ１が増加し、質量循環量Ｇ２が減少するため、質量循環量比（Ｇ１／Ｇ２）は大きくなり、Ｇ１／Ｇ２＝ＤＣ／ＤＥ＝一定から密度比（ＤＣ／ＤＥ）も大きくなる。つまり、密度比一定の制約からバランスする高圧側圧力を低下させることができる。（高圧側圧力を低下させることで、膨張機構１３入口の冷媒密度を小さくしようとする。）
したがって、本実施の形態の冷凍サイクル装置では、膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、補助圧縮機構１５と膨張機構１３を流れる質量循環量比を変化させることによって密度比一定の制約を緩和し、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【００９８】
なお、キャピラリーチューブ４０の代わりに第１の実施の形態のように第１減圧器１７を用いても良い。また、第３バイパス回路４１は、蒸発器１８入口へバイバスさせるものとして説明したが、キャピラリーチューブ４０入口から補助圧縮機構１５入口までの間のいずれかへバイパスさせても同様の効果が得られる。また、冷媒は二酸化炭素以外の冷媒、例えば、Ｒ４１０Ａ等でも同様の効果が得られる。
【００９９】
（実施の形態７）
本発明の第７の実施の形態における冷凍サイクル装置について説明する。
【０１００】
図１１は本発明の第７の実施の形態における冷凍サイクル装置を示す構成図である。なお、図１１の構成図において、図１の第１の実施の形態と同様の構成要素は同じ番号を付し、その説明を省略する。
【０１０１】
本実施の形態の冷凍サイクル装置は、膨張機構１３または補助圧縮機構１５の出口と気液分離器１６の流入口１６１との間の冷媒を、気液分離器１６のガス側出口１６３と圧縮機構１１入口との間へとバイパスする第４バイパス回路４３、第４バイパス回路４３に流れる質量循環量を調整する第３減圧器４４とを備えている。また、図１の第１の実施の形態での第１減圧器１７はキャピラリーチューブ４０に変更されている。
【０１０２】
冷凍サイクル装置の通常運転時の動作は第１から第３の実施の形態と同様であり、また、第３減圧器４４の制御方法については、第１から第３の実施の形態の第１減圧器１７の制御方法と同様であるので、説明を簡略化するが、例えば、高圧側圧力が最適な高圧側圧力より低い状態となった場合、本実施の形態では第３減圧器４４を開方向に制御し、気液分離器１６に流入する冷媒を高圧側回路にバイパスさせる。
【０１０３】
これにより、質量循環量Ｇ２が増加し、質量循環量Ｇ１が減少するため、質量循環量比（Ｇ１／Ｇ２）は小さくなり、Ｇ１／Ｇ２＝ＤＣ／ＤＥ＝一定から密度比（ＤＣ／ＤＥ）も小さくなる。つまり、密度比一定の制約からバランスする高圧側圧力を上昇させることができる。（高圧側圧力を上昇させることで、膨張機構１３入口の冷媒密度を大きくしようとする。）
したがって、本実施の形態の冷凍サイクル装置では、膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、補助圧縮機構１５と膨張機構１３を流れる質量循環量比を変化させることによって密度比一定の制約を緩和し、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【０１０４】
なお、キャピラリーチューブ４０の代わりに第１の実施の形態のように第１減圧器１７を用いても良い。また、冷媒は二酸化炭素以外の冷媒、例えば、Ｒ４１０Ａ等でも同様の効果が得られる。
【０１０５】
（実施の形態８）
本発明の第８の実施の形態における冷凍サイクル装置について説明する。
【０１０６】
図１２は本発明の第８の実施の形態における冷凍サイクル装置を示す構成図である。なお、図１２の構成図において、図１の第１の実施の形態と同様の構成要素は同じ番号を付し、その説明を省略する。
【０１０７】
本実施の形態の冷凍サイクル装置は、放熱器１２出口と膨張機構１３入口との間の冷媒を、蒸発器１８入口へとバイパスする第５バイパス回路５１、第５バイパス回路５１に流れる質量循環量を調整する第４減圧器５２とを備えている。また、図１の第１の実施の形態での第１減圧器１７はキャピラリーチューブ４０に変更されている。
【０１０８】
冷凍サイクル装置の通常運転時の動作は第１から第３の実施の形態と同様であり、また、第４減圧器５２の制御方法については、第１から第３の実施の形態の第１減圧器１７の制御方法と同様であるので、説明を簡略化するが、例えば、高圧側圧力が最適な高圧側圧力より高い状態となった場合、本実施の形態では第４減圧器５２を開方向に制御し、膨張機構１３に流入する冷媒を低圧側回路にバイパスさせる。
【０１０９】
これにより、質量循環量Ｇ１が増加し、質量循環量Ｇ２が減少するため、質量循環量比（Ｇ１／Ｇ２）は大きくなり、Ｇ１／Ｇ２＝ＤＣ／ＤＥ＝一定から密度比（ＤＣ／ＤＥ）
も大きくなる。つまり、密度比一定の制約からバランスする高圧側圧力を低下させることができる。（高圧側圧力を低下させることで、膨張機構１３入口の冷媒密度を小さくしようとする。）
したがって、本実施の形態の冷凍サイクル装置では、膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、補助圧縮機構１５と膨張機構１３を流れる質量循環量比を変化させることによって密度比一定の制約を緩和し、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【０１１０】
なお、キャピラリーチューブ４０の代わりに第１の実施の形態のように第１減圧器１７を用いても良い。また、第５バイパス回路５１は、蒸発器１８入口へバイバスさせるものとして説明したが、キャピラリーチューブ４０入口から補助圧縮機構１５入口までの間のいずれかへバイパスさせても同様の効果が得られる。また、冷媒は二酸化炭素以外の冷媒、例えば、Ｒ４１０Ａ等でも同様の効果が得られる。
【０１１１】
（実施の形態９）
本発明の第９の実施の形態における冷凍サイクル装置について説明する。
【０１１２】
図１３は本発明の第９の実施の形態における冷凍サイクル装置を示す構成図である。なお、図１３の構成図において、図１の第１の実施の形態と同様の構成要素は同じ番号を付し、その説明を省略する。
【０１１３】
本実施の形態の冷凍サイクル装置は、放熱器１２出口と膨張機構１３入口との間の冷媒を、気液分離器１６のガス側出口１６３と圧縮機構１１入口との間へとバイパスする第６バイパス回路５３、第６バイパス回路５３に流れる質量循環量を調整する第５減圧器５４とを備えている。また、図１の第１の実施の形態での第１減圧器１７はキャピラリーチューブ４０に変更されている。
【０１１４】
冷凍サイクル装置の通常運転時の動作は第１から第３の実施の形態と同様であり、また、第５減圧器５４の制御方法については、第１から第３の実施の形態の第１減圧器１７の制御方法と同様であるので、説明を簡略化するが、例えば、高圧側圧力が最適な高圧側圧力より低い状態となった場合、本実施の形態では第５減圧器５４を開方向に制御し、膨張機構１３に流入する冷媒を高圧側回路にバイパスさせる。
【０１１５】
これにより、質量循環量Ｇ２が増加し、質量循環量Ｇ１が減少するため、質量循環量比（Ｇ１／Ｇ２）は小さくなり、Ｇ１／Ｇ２＝ＤＣ／ＤＥ＝一定から密度比（ＤＣ／ＤＥ）も小さくなる。つまり、密度比一定の制約からバランスする高圧側圧力を上昇させることができる。（高圧側圧力を上昇させることで、膨張機構１３入口の冷媒密度を大きくしようとする。）
したがって、本実施の形態の冷凍サイクル装置では、膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、補助圧縮機構１５と膨張機構１３を流れる質量循環量比を変化させることによって密度比一定の制約を緩和し、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【０１１６】
なお、キャピラリーチューブ４０の代わりに第１の実施の形態のように第１減圧器１７を用いても良い。また、冷媒は二酸化炭素以外の冷媒、例えば、Ｒ４１０Ａ等でも同様の効果が得られる。
【０１１７】
（実施の形態１０）
本発明の第１０の実施の形態における冷凍サイクル装置について説明する。
【０１１８】
図１４は本発明の第１０の実施の形態における冷凍サイクル装置を示す構成図である。なお、図１４の構成図において、図１の第１の実施の形態と同様の構成要素は同じ番号を
付し、その説明を省略する。
【０１１９】
本実施の形態の冷凍サイクル装置は、放熱器１２出口と膨張機構１３入口との間の冷媒を、膨張機構１３または補助圧縮機構１５の出口と気液分離器１６の流入口１６１との間へとバイパスする第７バイパス回路５５、第７バイパス回路５５に流れる質量循環量を調整する第６減圧器５６とを備えている。また、図１の第１の実施の形態での第１減圧器１７はキャピラリーチューブ４０に変更されている。
【０１２０】
冷凍サイクル装置の通常運転時の動作は第１から第３の実施の形態と同様であり、また、第６減圧器５６の制御方法については、第１から第３の実施の形態の第１減圧器１７の制御方法と同様であるので、説明を簡略化するが、例えば、高圧側圧力が最適な高圧側圧力より高い状態となった場合、本実施の形態では第６減圧器５６を開方向に制御し、膨張機構１３に流入する冷媒を中間圧となる回路にバイパスさせる。
【０１２１】
これにより、質量循環量Ｇ２が減少するため、質量循環量比（Ｇ１／Ｇ２）は大きくなり、Ｇ１／Ｇ２＝ＤＣ／ＤＥ＝一定から密度比（ＤＣ／ＤＥ）も大きくなる。つまり、密度比一定の制約からバランスする高圧側圧力を低下させることができる。（高圧側圧力を低下させることで、膨張機構１３入口の冷媒密度を小さくしようとする。）
したがって、本実施の形態の冷凍サイクル装置では、膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、補助圧縮機構１５と膨張機構１３を流れる質量循環量比を変化させることによって密度比一定の制約を緩和し、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【０１２２】
なお、キャピラリーチューブ４０の代わりに第１の実施の形態のように第１減圧器１７を用いても良い。また、冷媒は二酸化炭素以外の冷媒、例えば、Ｒ４１０Ａ等でも同様の効果が得られる。
【０１２３】
（実施の形態１１）
本発明の第１１の実施の形態における冷凍サイクル装置について説明する。
【０１２４】
図１５は本発明の第１１の実施の形態における冷凍サイクル装置を示す構成図である。なお、図１５の構成図において、図１の第１の実施の形態と同様の構成要素は同じ番号を付し、その説明を省略する。
【０１２５】
図１５の本実施の形態の冷凍サイクル装置で、図１の第１の実施の形態と異なる構成要素は、第１減圧器１７の代わりのキャピラリーチューブ４０、気液分離器１６の代わりの流量調整弁付き気液分離器６０である。流量調整弁付き気液分離器６０は図１６に示すように、気液分離容器６１の上部から底部までを貫通するように挿入された二相冷媒管６２、気液分離容器６１の底部を貫通し容器内上部まで達するガス冷媒管６３を主要な構成要素としている。
【０１２６】
また、二相冷媒管６２には管内を流れる冷媒の一部を気液分離容器６１内に流出させる分岐管６４が、流量調整弁６５を介して設けられている。さらに、二相冷媒管６２には気液分離容器６１内底部に滞留した液冷媒を二相冷媒管６２内に戻すための液戻し穴６６も備えられている。
【０１２７】
流量調整弁付き気液分離器６０は、流量調整弁６５を全閉とした場合には、流量調整弁付き気液分離器６０の流入口６１０から流入した乾き度の大きい二相冷媒は、そのまま二相冷媒管６２を通り液側出口６０２から流出する。流量調整弁６５を開方向に操作した場合には、二相冷媒管６２を流れる二相冷媒の一部は気液分離容器６１内へ流出し、容器内で液冷媒とガス冷媒に分離される。
【０１２８】
密度の小さいガス冷媒は容器上部からガス冷媒管６３と通ってガス側出口６０３から流出し、密度の大きい液冷媒は容器底部に滞留した後、液戻し穴６６から再び二相冷媒管６２内に戻り、容器内に流出しなかった二相冷媒とともに乾き度の小さい二相冷媒として液側出口６０２から流出する。すなわち、流量調整弁６５の開度調整により、液側出口６０２とガス側出口６０３とからそれぞれ流出する質量循環量を可変できるものである。
【０１２９】
冷凍サイクル装置の通常運転時の動作は第１から第３の実施の形態と同様であり、また、流量調整弁６４の制御方法については、第１から第３の実施の形態の第１減圧器１７の制御方法と同様であるので、説明を簡略化するが、例えば、高圧側圧力が最適な高圧側圧力より低い状態となった場合、本実施の形態では流量調整弁６４を開方向に制御し、流入口６０１から流入する二相冷媒を気液分離容器６１内へ流出させ、ガス側出口６０３から流出する冷媒の質量循環量を増加させる。
【０１３０】
これにより、質量循環量Ｇ２が増加し、質量循環量Ｇ１が減少するため、質量循環量比（Ｇ１／Ｇ２）は小さくなり、Ｇ１／Ｇ２＝ＤＣ／ＤＥ＝一定から密度比（ＤＣ／ＤＥ）も小さくなる。つまり、密度比一定の制約からバランスする高圧側圧力を上昇させることができる。（高圧側圧力を上昇させることで、膨張機構１３入口の冷媒密度を大きくしようとする。）
したがって、本実施の形態の冷凍サイクル装置では、膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、補助圧縮機構１５と膨張機構１３を流れる質量循環量比を変化させることによって密度比一定の制約を緩和し、冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【０１３１】
なお、キャピラリーチューブ４０の代わりに第１の実施の形態のように第１減圧器１７を用いても良い。また、流量調整弁付き気液分離器６０は流量調整弁６５の代わりに三方弁などを用いて液側出口６０２とガス側出口６０３とからそれぞれ流出する質量循環量を可変する構造であっても良い。また、二相冷媒管６２には、圧縮機構１１や補助圧縮機１３から吐出された潤滑油のうち気液分離容器６１内底部に滞留したものを二相冷媒管６２内に戻し、圧縮機構１１や補助圧縮機構１５に戻すための潤滑油戻し穴を備えていてもよい。また、冷媒は二酸化炭素以外の冷媒、例えば、Ｒ４１０Ａ等でも同様の効果が得られる。
【０１３２】
（実施の形態１２）
本発明の第１２の実施の形態における冷凍サイクル装置について説明する。
【０１３３】
図１６は本発明の第１２の実施の形態における冷凍サイクル装置を示す構成図である。なお、図１６の構成図において、図１の第１の実施の形態と同様の構成要素は同じ番号を付し、その説明を省略する。
【０１３４】
図１６の本実施の形態の冷凍サイクル装置で、図１の第１の実施の形態と異なる点は、気液分離器１６のガス側出口１６３から圧縮機構１１入口までの間の冷媒と放熱器１２出口から膨張機構１３入口までの間の冷媒とを熱交換する内部熱交換器７０が設けられている点と、圧縮機構１１を駆動する駆動源（図せず）と圧縮機構１１と膨張機構１３と補助圧縮機構１５とを１つの密閉容器８０内に収納した点である。
【０１３５】
冷凍サイクル装置の通常運転時の動作や制御方法については、第１から第３の実施の形態の第１減圧器１７の制御方法と同様であるので、説明を省略する。
【０１３６】
内部熱交換器７０を備えることにより、第１減圧器１７の制御により気液分離器１６のガス側出口１６３から流出する冷媒に液滴が混入しても、圧縮機構１１に吸入される冷媒
は、内部熱交換器により加熱されているので、圧縮機構１１で液圧縮となる危険性が回避され、圧縮機構１１の信頼性が向上する。
【０１３７】
また、密閉容器８０内に圧縮機構１１と膨張機構１３と補助圧縮機構１５とを収納することにより、これらの各機構を潤滑する潤滑油が偏ることなく、各機構を適正に潤滑できるので各機構の信頼性が向上する。
【０１３８】
したがって、本実施の形態の冷凍サイクル装置では、膨張機を用いた冷凍サイクル装置であっても、気液分離器１６により冷媒を２つの流れに分け、膨張機構１３と補助圧縮機構１５とのそれぞれを流れる質量循環量の比を変化させることにより、密度比一定の制約を緩和でき、幅広い運転範囲の中で高い動力回収効果を得ることができ、かつ、信頼性を損なうことなく冷凍サイクル装置の効率のよい運転が可能である。
【０１３９】
なお、本実施の形態で説明した内部熱交換器７０は圧縮機構１１に吸入される冷媒を加熱する加熱手段の一例であり、その他の加熱手段として、気液分離器１６のガス側出口１６３から圧縮機構１１入口までの間の冷媒と空気や水と熱交換させたり、ヒータで加熱したりしてもよい。また、冷媒は二酸化炭素以外の冷媒、例えば、Ｒ４１０Ａ等でも同様の効果が得られる。
【０１４０】
なお、以上説明した第１の実施の形態から第１２の実施の形態のすべてにおいて、四方弁等を追加し冷媒の流れを逆転させることで、蒸発器と放熱器とを切り替え、冷房（冷却側利用）と暖房（加熱側利用）とを切り替えて使用できるヒートポンプ式冷凍サイクル装置としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
本発明の冷凍サイクル装置およびその制御方法は、給湯装置（給湯器）、家庭用空調機、車両用空調機（カーエアコン）等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】本発明の第１の実施の形態における冷凍サイクル装置を示す構成図
【図２】同冷凍サイクル装置の制御方法を示すフローチャート
【図３】同冷凍サイクル変化を示す圧力・エンタルピ線図
【図４】本発明の第２の実施の形態における冷凍サイクル装置を示す構成図
【図５】同冷凍サイクル装置の制御方法を示すフローチャート
【図６】本発明の第３の実施の形態における冷凍サイクル装置を示す構成図
【図７】同冷凍サイクル装置の制御方法を示すフローチャート
【図８】本発明の第４の実施の形態における冷凍サイクル装置を示す構成図
【図９】本発明の第５の実施の形態における冷凍サイクル装置を示す構成図
【図１０】本発明の第６の実施の形態における冷凍サイクル装置を示す構成図
【図１１】本発明の第７の実施の形態における冷凍サイクル装置を示す構成図
【図１２】本発明の第８の実施の形態における冷凍サイクル装置を示す構成図
【図１３】本発明の第９の実施の形態における冷凍サイクル装置を示す構成図
【図１４】本発明の第１０の実施の形態における冷凍サイクル装置を示す構成図
【図１５】本発明の第１１の実施の形態における冷凍サイクル装置を示す構成図
【図１６】本発明の第１１の実施の形態における流量調整弁付き気液分離器を示す構成図
【図１７】本発明の第１２の実施の形態における冷凍サイクル装置を示す構成図
【符号の説明】
【０１４３】
１１  圧縮機構
１２  放熱器
１３  膨張機構
１５  補助圧縮機構
１６  気液分離器
１７  第１減圧器
１８  蒸発器
２１  高圧側圧力検知手段
２２  放熱器出口温度検知手段
２３  第１減圧器演算操作器
２４  吐出温度検知手段
２５  第２減圧器演算操作器
２６  蒸発温度検知手段
２７  補助圧縮機吸入温度検知手段
２８  第３減圧器演算操作器
３１  第１バイパス回路
３３  第２バイパス回路
４１  第３バイパス回路
４２  第２減圧器
４３  第４バイパス回路
４４  第３減圧器
５１  第５バイパス回路
５２  第４減圧器
５３  第６バイパス回路
５４  第５減圧器
５５  第７バイパス回路
５６  第６減圧器
６０  流量調整弁付き気液分離器
６５  流量調整弁
７０  内部熱交換器
８０  密閉容器
【図１】
2005300031.tif 000004
【図２】
2005300031.tif 000005
【図３】
2005300031.tif 000006
【図４】
2005300031.tif 000007
【図５】
2005300031.tif 000008
【図６】
2005300031.tif 000009
【図７】
2005300031.tif 000010
【図８】
2005300031.tif 000011
【図９】
2005300031.tif 000012
【図１０】
2005300031.tif 000013
【図１１】
2005300031.tif 000014
【図１２】
2005300031.tif 000015
【図１３】
2005300031.tif 000016
【図１４】
2005300031.tif 000017
【図１５】
2005300031.tif 000018
【図１６】
2005300031.tif 000019
【図１７】
2005300031.tif 000020